第二講 Step 7軟件介紹、編程

熱烈歡迎參加PLC技術(shù)培訓(xùn)班的全體學(xué)員！SIEMENS公司S7PLC標(biāo)準(zhǔn)工具軟件

STEP7介紹S7PLC的STEP7編程軟件介紹

這一講通過以西門子公司的STEP7編程語言為例，來介紹實(shí)際PLC應(yīng)用的編程語言，在第4講中將介紹PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)，即IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)。

STEP7編程軟件是用來對(duì)西門子公司的系列PLC產(chǎn)品，包括S7300系列、S7400系列、M7系列以及基于PC的PLC等產(chǎn)品，進(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)視的軟件。為了組態(tài)

PLC硬件配置或開始編寫S7用戶程序，首先必須在

PC計(jì)算機(jī)中安裝STEP7軟件(如果使用的是編程器，則STEP7軟件已經(jīng)預(yù)裝在編程器內(nèi))。在STEP7CD光盤的Readme.wri

文件中，有關(guān)于安裝STEP7對(duì)

PC計(jì)算機(jī)的軟件和硬件配置要求。

將STEP7的

CD

光盤插入PC機(jī)的光驅(qū)中，安裝程序能自動(dòng)執(zhí)行，按照屏幕上的提示操作，可一步一步完成STEP7軟件的安裝。完成STEP7的安裝后，要重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在

PC的Windows桌面上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)

SIMATICManager的小圖標(biāo)

。

應(yīng)用STEP7軟件，能在一個(gè)“項(xiàng)目”(project)內(nèi)建立起S7用戶程序。可編程序控制器是由電源模板、CPU以及輸入/輸出模板(I/O模板)組成?？删幊踢壿嬁刂破?PLC)通過S7程序，監(jiān)視和控制被控對(duì)象。在S7程序內(nèi)通過地址，對(duì)I/O模板進(jìn)行尋址。圖3.1所示為PLC控制被控對(duì)象的過程，圖3.2所示為STEP-7軟件的應(yīng)用過程。S7PLC和STEP7編程軟件應(yīng)用示意圖應(yīng)用STEP7的基本步驟線性化編程所有的程序都在一個(gè)連續(xù)的指令塊中。這種結(jié)構(gòu)和PLC所代替的固定接線的繼電器線路類似。系統(tǒng)按照順序處理各個(gè)指令。模塊化編程 程序分成不同的塊，每個(gè)塊包含了一些設(shè)備和任務(wù)的邏輯指令。組織塊中的指令決定是否調(diào)用有關(guān)的控制程序模塊。例如，一個(gè)模塊程序包含有一個(gè)被控加工過程的各個(gè)操作模式。結(jié)構(gòu)化編程 結(jié)構(gòu)化程序包含有帶有參數(shù)的用戶自定義的指令塊。這些塊可以設(shè)計(jì)成一般調(diào)用。實(shí)際的參數(shù)（輸入和輸出的地址）在調(diào)用時(shí)進(jìn)行賦值。一個(gè)帶參數(shù)的程序塊的例子如下：

-一個(gè)“泵控”塊含有對(duì)泵的操作指令，例如控制過程中的泵的輸入和輸出信號(hào)。

-對(duì)泵進(jìn)行控制的程序塊負(fù)責(zé)調(diào)用(打開)“泵控”塊，并指出哪個(gè)泵要進(jìn)行控制。

-當(dāng)“泵控”塊完成其操作指令后，程序返回到調(diào)用塊（例如，

OB1），然后，繼續(xù)執(zhí)行其他的指令。用戶塊

用戶塊包括程序代碼和用戶數(shù)據(jù)。在結(jié)構(gòu)化程序中，一些塊循環(huán)調(diào)用處理，一些塊需要時(shí)才調(diào)用。系統(tǒng)塊 系統(tǒng)塊是在CPU操作系統(tǒng)中預(yù)先定義好的功能和功能塊。這些塊不占用用戶程序空間。用戶程序調(diào)用系統(tǒng)塊，在整個(gè)系統(tǒng)中這些塊具有相同的接口、相同的標(biāo)示和相同的號(hào)。用戶程序可以容易地轉(zhuǎn)換到不同的CPU或PLC。STEP7工具練習(xí)4.1:檢查PG接口啟動(dòng)

SIMATIC管理器或SIMATIC管理器窗口的菜單項(xiàng)：打開SIMATIC管理器的窗口能見到以下菜單項(xiàng)：File打開、組織和打印“項(xiàng)目”(project)。Edit復(fù)制、粘貼、刪除、全選、對(duì)象屬性等。Insert插入程序單元。PLC下載程序和監(jiān)視硬件。View選擇“在線/離線”和編程語言。Options用戶定義。Window設(shè)置窗口顯示。Help幫助信息。SIMATIC管理器菜單和工具欄標(biāo)題欄菜單欄工具欄狀態(tài)欄任務(wù)欄SIMATIC管理器中的工具條Windows95符號(hào)STEP7符號(hào)顯示可訪問的接點(diǎn)S7存儲(chǔ)器卡下載(到

PLC)定義過濾器選擇的過濾器仿真模塊(S7-PLCSIM)STEP7項(xiàng)目結(jié)構(gòu)SIMATIC管理器中離線/在線項(xiàng)目的存儲(chǔ)位置建立項(xiàng)目這里選擇項(xiàng)

目名，用

“OK”確認(rèn)。

建立一個(gè)項(xiàng)目和SIMATIC站后，就可以對(duì)PLC進(jìn)行硬件組態(tài)了。下面介紹S7PLC中央機(jī)架模板的組態(tài)過程。打開“項(xiàng)目”中的“站”，在窗口的右邊頁面出現(xiàn)“硬件”圖標(biāo)和所建項(xiàng)目中選擇的CPU圖標(biāo)，如下面的圖所示。雙擊“硬件”圖標(biāo)

,“硬件”組態(tài)窗口自動(dòng)打開，在組態(tài)窗口的右邊面會(huì)顯示硬件組態(tài)單元庫目錄菜單。應(yīng)用STEP7對(duì)PLC進(jìn)行硬件組態(tài)1、選擇目錄菜單中的某一項(xiàng)，例如SIMATIC300，在其下拉菜單中再選擇RACK-300，雙擊RACK-300下面的圖標(biāo)，這時(shí)在窗口左邊頁面上就會(huì)出現(xiàn)0(UL)機(jī)架帶槽位的rack表。為了在0(UL)的1號(hào)槽位上放置PS307電源模板，導(dǎo)航目錄菜單，找到PS3075A(6ES7307-1EA00-0AA0)，用鼠標(biāo)拖至0(UL)機(jī)架的1號(hào)槽位上。

2、為了在0(UL)的2號(hào)槽位上放置CPU模板，導(dǎo)航目錄菜單，打開CPU-300項(xiàng)，在其下拉菜單中找到CPU314C-2DP(6ES7314-6CF01-0AB0)，用鼠標(biāo)將其拖至0(UL)機(jī)架上的2號(hào)槽位，由于CPU314C-2DP占用2個(gè)槽位，從第4個(gè)槽位開始，可以組態(tài)配置其他的I/O模板。

應(yīng)用STEP7對(duì)PLC進(jìn)行硬件組態(tài)插入

S7程序插入S7塊STEP7幫助系統(tǒng)STEP7上下文幫助標(biāo)準(zhǔn)庫練習(xí)4.2：建立項(xiàng)目在這里輸入

項(xiàng)目名，用

“OK”確認(rèn)練習(xí)4.3：插入

S7程序練習(xí)4.4：插入

S7塊練習(xí)4.5：CPU存儲(chǔ)器復(fù)位手動(dòng)要求

存儲(chǔ)器

復(fù)位執(zhí)行

存儲(chǔ)器復(fù)位1. 把模式選擇器放在

“STOP”位置

2. 把模式選擇器保持

在“MRES”位置，

直到“STOP”

指示燈閃爍兩次

(慢速)

3. 松開模式選擇器

(自動(dòng)回到“STOP”

位置)

1. 把模式選擇器保持

在“MRES”位置 （STOP指示燈快速

閃爍）2. 松開模式選擇器

(自動(dòng)回到“STOP”

位置)

通過PG1. 把模式選擇器放在

“RUN-P”位置

2. 菜單選擇：

PLC->Operating

Mode->Stop

3. 菜單選擇：

PLC->Clear/Reset1. 點(diǎn)擊“OK”按鈕確認(rèn)

存儲(chǔ)器復(fù)位

插入存儲(chǔ)器卡后1. 把模式選擇器放在

“STOP”位置

2. 插入存儲(chǔ)器卡

3. “STOP”燈慢速閃爍1.把模式選擇器保持

在“MRES”位置 （STOP指示燈快速

閃爍）2. 松開模式選擇器

(自動(dòng)回到“STOP”

位置)用同樣的方法，在4號(hào)槽位上配置了32點(diǎn)的直流輸入模板（6ES7312-1BL00-0AA0），在5號(hào)槽位上配置了32點(diǎn)的直流輸出模板（6ES7322-1BLL00-0AA0）。下面的圖表示了用上面的方法組態(tài)完成后的STEP7硬件組態(tài)界面，從圖上還能看到所選模板的訂貨號(hào)，I/O模板組態(tài)定義的絕對(duì)地址以及分配給CPU模板的MPI地址。以上完成了硬件中央機(jī)架的模板組態(tài)。應(yīng)用STEP7對(duì)PLC進(jìn)行硬件組態(tài)STEP7主窗口右邊頁面上的硬件組態(tài)圖標(biāo)

STEP7

硬件組態(tài)界面

S7PLC分布式

I/O模板的組態(tài)

S7PLC分布式

I/O模板的組態(tài)

在常用配置的自動(dòng)化系統(tǒng)中，中央可編程控制器的I/O模板與傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間需要大量的連接電纜，這不僅增加了安裝的工作量，也增加了安裝費(fèi)用和發(fā)生故障的機(jī)率。應(yīng)用分布式I/O，將I/O模板就近放置于傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)附近，在可編程控制器和I/O模板及現(xiàn)場器件之間用現(xiàn)場總線Profibus-DP連接，就可克服中央I/O模板的上述缺點(diǎn)。S7PLC分布式

I/O模板的組態(tài)

分布式I/O模板的硬件組態(tài)與中央機(jī)架模板的硬件組態(tài)類似，從導(dǎo)航窗口右邊頁面的目錄菜單，選擇分布式I/O模板單元，對(duì)它們進(jìn)行硬件組態(tài)和屬性定義。下圖表示了S7PLC的分布式I/O結(jié)構(gòu)舉例和通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。下面用圖解說明，怎樣建立一個(gè)新的項(xiàng)目來組態(tài)分布式I/O系統(tǒng)。建立一個(gè)新的項(xiàng)目來組態(tài)

分布式

I/O系統(tǒng)

建立一個(gè)新的項(xiàng)目來組態(tài)分布式I/O系統(tǒng)

組態(tài)建立一個(gè)站

組態(tài)建立一個(gè)站組態(tài)DP主站和分布式I/O上面用圖解說明怎樣組態(tài)一個(gè)可以配置分布式I/O的站，到目前為止，所描述的步驟和中央機(jī)架的組態(tài)步驟是類似的，得到的組態(tài)界面也類似。下面一些圖的畫面進(jìn)一步說明，怎樣將分布式I/O單元，組態(tài)到上述已經(jīng)建立起來的站中，并設(shè)置或修改他們的屬性參數(shù)。組態(tài)DP主站和分布式I/O組態(tài)DP主站和分布式I/O組態(tài)分布式I/OET200M組態(tài)分布式I/OET200M組態(tài)分布式I/OET200M前面用圖解方法，說明怎樣在主站上組態(tài)一個(gè)分布式I/O的從站，這種從站是模塊化結(jié)構(gòu)的，從站是由Profibus-DP通信模板IM153-2和若干塊標(biāo)準(zhǔn)的I/O模板(例如，圖上的DI32xDC24V)組成。在組態(tài)過程中改變節(jié)點(diǎn)和I/O的地址

在組態(tài)過程中改變節(jié)點(diǎn)和I/O的地址

在組態(tài)過程中改變節(jié)點(diǎn)和I/O的地址

如果用戶有需要改變已經(jīng)組態(tài)完成的I/O模板的地址，上面的圖解說明了這一改變的過程和步驟。應(yīng)用符號(hào)地址編程在對(duì)PLC進(jìn)行硬件組態(tài)時(shí)，事先定義其輸入和輸出的絕對(duì)地址。因?yàn)椋@些地址是直接指定，亦即絕對(duì)地址。也可以選擇用任意符號(hào)名來替代絕對(duì)地址。

為了應(yīng)用符號(hào)地址進(jìn)行編程，需要建立一個(gè)符號(hào)表，對(duì)在以后的程序中將要用到的所有絕對(duì)地址，在符號(hào)表中給他們每一個(gè)分配一個(gè)符號(hào)名，同時(shí)定義它們的數(shù)據(jù)類型。例如，對(duì)于輸入I1.2，其符號(hào)名為PE_Failure，表示汽油發(fā)動(dòng)機(jī)有故障。這一符號(hào)名，適用于整個(gè)程序，因此，稱為全局變量。使用符號(hào)地址進(jìn)行編程，使得所編的S7程序，可讀性強(qiáng)。

PLC及其輸入/輸出的絕對(duì)地址

建立編程用的符號(hào)地址表

建立編程用的符號(hào)地址表在STEP7程序中建立符號(hào)地址表舉例

在STEP7程序中建立符號(hào)地址表舉例

在完成對(duì)PLC進(jìn)行硬件組態(tài)之后，開始編寫用戶程序之前，需要做的一件工作是建立編程用的符號(hào)地址表。前面用圖解的方式，說明建立符號(hào)地址表的步驟，上圖是為項(xiàng)目GettingStarted所編寫的符號(hào)地址表。一般而言，每一個(gè)S7程序只建立一個(gè)符號(hào)地址表，這與在編程中使用哪一種編程語言進(jìn)行編程無關(guān)系。所有可以打印的字母（例如特殊字母、空格），在符號(hào)表中都允許使用。在符號(hào)表中會(huì)自動(dòng)加入的數(shù)據(jù)類型，取決于由CPU所處理的信號(hào)類型。下表給出在STEP7中使用的各種數(shù)據(jù)類型。在S7程序中使用的數(shù)據(jù)類型在組織方塊OB1中建立程序

根據(jù)所選擇使用的編程語言，右面分別介紹用梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）來編寫OB1程序。在組織方塊OB1中建立程序

在STEP7中，OB1是由CPU執(zhí)行的主循環(huán)程序，CPU一行一行地讀并且執(zhí)行程序命令，當(dāng)CPU返回到第一程序行時(shí)，它就精確地完成了一個(gè)循環(huán)周期。此過程所需要的時(shí)間就是掃描周期時(shí)間。在用STEP7建立S7程序時(shí)，可以選擇3種標(biāo)準(zhǔn)編程語言中的一種，即梯形圖邏輯語言LAD、語句表STL或者功能塊圖FBD。在組織方塊OB1中建立程序

梯形圖邏輯LAD適合于熟悉繼電器邏輯的電氣工程師，語句表STL適合于熟悉計(jì)算機(jī)編程語言的工程師，功能塊圖FBD對(duì)習(xí)慣于使用邏輯圖設(shè)計(jì)的工程師更為合適。前面的圖是分別使用這3種編程語言的示例。為了打開OB1方塊，在工具條上單擊打開圖標(biāo)，在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇項(xiàng)目GettingStarted，單擊OK確認(rèn)。為了選擇用某一種編程語言來對(duì)OB1進(jìn)行編程，單擊打開對(duì)話框中的Browse按鈕，在出現(xiàn)的路徑菜單（SIEMENS>STEP7>EXAMPLES）中，選擇打開以下的項(xiàng)目樣板：在組織方塊OB1中建立程序

Zen01_01_STEP7_STL_1-9，Zen01_03_STEP7_FBD_1-9或者Zen01_05_STEP7_LAD_1-9在圖3.16的中間部分，顯示了這3個(gè)樣板項(xiàng)目。對(duì)選中的樣板，例如Zen01_05_STEP7_LAD_1-9，采用導(dǎo)航的方法，一直到出現(xiàn)符號(hào)表Symbols，用“拖拉”的方法，將符號(hào)表復(fù)制到項(xiàng)目GettingStarted的S7程序文件夾中，然后關(guān)閉項(xiàng)目Zen01_05_STEP7_LAD_1-9的窗口。用“拖拉”方法是指，用鼠標(biāo)選中目標(biāo)并按住鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)目標(biāo)到所選擇的位置，釋放鼠標(biāo)左鍵，完成復(fù)制。

選擇打開以下的項(xiàng)目樣板：

復(fù)制符號(hào)地址表和打開OB1程序組織方塊

S7程序的編程口（以梯形圖邏輯的編程為例）在GettingStarted項(xiàng)目的右邊窗口，雙擊OB1，從而打開了用LDA（或STL/FBD）來編寫OB1程序的編程窗口。圖3.17表示這一窗口的各個(gè)部分。

用梯形圖邏輯編寫一個(gè)串聯(lián)電路程序示例

用梯形圖邏輯編寫一個(gè)串聯(lián)電路程序示例用梯形圖邏輯編寫一個(gè)串聯(lián)電路程序示例用梯形圖邏輯編寫一個(gè)并聯(lián)電路程序示例

用梯形圖邏輯編寫一個(gè)并聯(lián)電路程序示例

用梯形圖邏輯編寫SR單元（存儲(chǔ)置位、復(fù)位）程序示例

前面用圖解的方法示例說明，怎樣用梯形圖邏輯語言來編寫一個(gè)串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的程序。右圖進(jìn)一步說明怎樣編寫一個(gè)存儲(chǔ)置位、復(fù)位電路。

用梯形圖邏輯編寫SR單元（存儲(chǔ)置位、復(fù)位）程序示例

梯形圖邏輯編程中的絕對(duì)地址和符號(hào)地址

前面分別表示用梯形圖邏輯編程語言LAD編寫的串聯(lián)電路、并聯(lián)電路和SR觸發(fā)器的程序網(wǎng)絡(luò)段。下面將用語句表語言STL和功能塊圖語言FBD來編寫同樣的電路程序。用功能塊和數(shù)據(jù)塊建立一個(gè)程序

在程序結(jié)構(gòu)中功能塊（FB）在組織塊的下面，它包含一部分程序，能夠被OB1調(diào)用很多次，所有功能塊的形式參數(shù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)保存在一個(gè)分開的數(shù)據(jù)塊（DB）中，這一數(shù)據(jù)塊專門分配給功能塊，稱為背景數(shù)據(jù)塊。建立一個(gè)開放的功能塊（FB）

建立一個(gè)開放的功能塊（FB）

建立一個(gè)開放的功能塊（FB）

上圖用圖解說明怎樣在LAD/STL/FBD窗口中，建立一個(gè)功能塊程序（FB1，符號(hào)名為Engine，參看前面的符號(hào)地址表），在這里選擇與編程OB1相同的編程語言LAD。

單擊Help→Contents之后，在ProgrammingBlocks和CreatingBlockandLibraries（“編程方塊”和“建立方塊和庫”）項(xiàng)下，能找到更多的信息。在功能塊編程中建立變量登記表

在編寫功能塊之前，首先要建立變量登記表，下圖用圖解說明變量登記表的建立和相關(guān)的屬性。在功能塊編程中建立變量登記表

編程用于發(fā)動(dòng)機(jī)（engine）啟動(dòng)/停止的功能塊FB1

編程用于發(fā)動(dòng)機(jī)（engine）啟動(dòng)/停止的功能塊FB1

編程用于發(fā)動(dòng)機(jī)（engine）啟動(dòng)/停止的功能塊FB1

上圖用圖解介紹怎樣來編寫一個(gè)功能塊，例如要用兩個(gè)不同的背景數(shù)據(jù)塊，通過一個(gè)功能塊，控制和監(jiān)視“汽油引擎”和“柴油引擎”。所有的“引擎指標(biāo)”信號(hào)，將作為參數(shù)塊從組織方塊傳送到功能塊，為此必須將輸入和輸出參數(shù)列在“變量登記表”（Variabledeclarationtable）內(nèi)登記“輸入和輸出”。在前面的章節(jié)中已經(jīng)介紹了如何編寫一個(gè)串聯(lián)電路、并聯(lián)電路和一個(gè)存儲(chǔ)功能的程序，這些在編程功能塊時(shí)都很有用。在FB1功能塊中插入一段速度監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)段

在FB1功能塊中插入一段速度監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)段

下面對(duì)功能塊FB1作一些說明。1.“發(fā)動(dòng)機(jī)”（engine）何時(shí)將“啟動(dòng)”或“停止”？當(dāng)變量＃Switch_On具有1狀態(tài)，同時(shí)變量Automatic_Mode具有0狀態(tài)，“發(fā)動(dòng)機(jī)”將啟動(dòng)。如果“發(fā)動(dòng)機(jī)”采用自動(dòng)方式，Automatic_Mode＝1,

則這一功能是不允許的。當(dāng)變量＃Switch_Off具有1狀態(tài)或者當(dāng)變量＃Fault具有0狀態(tài)，“發(fā)動(dòng)機(jī)”將停止（故障＃Fault是0激活信號(hào)，在正常時(shí)＃Fault的狀態(tài)為1，在發(fā)生故障時(shí)＃Fault的狀態(tài)為0）。2.怎樣用比較器來監(jiān)視“發(fā)動(dòng)機(jī)”的速度？比較器將變量#Actual_Speed（實(shí)際速度）和變量＃Setpoint_Speed（設(shè)定點(diǎn)速度）進(jìn)行比較，而且將結(jié)果分配給變量＃Setpoint_Speed_Reached（達(dá)到設(shè)定點(diǎn)速度），在大于、等于時(shí)，＃Setpoint_Speed_Reached的狀態(tài)變?yōu)?。單擊Help→Contents之后，在ProgrammingBlocks和CreatingLogicBlock（“編程方塊”和“建立邏輯方塊”）和EditingtheVariableDeclaration和EditingLADInstruction（“編輯變量登記表”和“編輯梯形圖指令”）項(xiàng)下，能找到更多的信息。上面已經(jīng)編寫了功能塊FB1(engine)，并在變量登記表中特別定義了與engine相關(guān)的參數(shù)。為了以后在OB1組